電滯回線

在外加電場的作用下，鐵電晶體在出現自發極化時，退極化場和應變將會伴隨着極化產生。晶體為保持穩定地極化，就會劃分成很多小區域，各個小區域裏的電偶極子沿相同的方向，但電偶極子在不同小區域裏卻是不同的取向，這些小區域被稱為電疇，疇的間界稱為疇壁。晶體的應變能及靜電能由於電疇的出現而變小，而疇壁能卻因為疇壁的存在而出現。電疇的穩定性由總自由能取極小值來決定，可通過了解電疇結構而更好的理解極化反轉的機理。隨着外加電場的變化，鐵電體的極化強度會發生相應地變化，在外加電場強度較大時，極化強度與電場強度之間的變化規律呈非線性關係。在電場的不斷作用下，新疇成核並逐漸長大，疇壁轉動，因而出現極化轉向。 ^[3] 

圖1給出電滯回線的形成原理，在外加很弱的電場時，極化強度與電場呈現線性關係，而這時可逆的疇壁轉動佔據主導地位。隨着電場強度的增加，引發新疇成核，造成疇壁運動變為不可逆的。當電場強度增加到一定值的的時候，趨於極化飽和狀態。此時，若電場強度進一步增加，因為感應極化的增加，總的極化強度仍然會隨之變大，在圖1中的表示為BC段。反之，若隨着飽和後的電場強度的降低，極化曲線卻不會與增長時的曲線重合，而是表現為圖1中BD段，將繼續減小。鐵電體在極化強度和外電場的關係上也存在相似的曲線形態，因此將鐵電體的這種行為曲線叫做電滯回線。 ^[3] 

如圖2所示，一切處於鐵電態的陶瓷材料都有電滯回線，只是電滯回線的形狀有長短寬窄之分。電滯回線面積通常與鐵電介質的損耗成正比，該能量損耗用來克服自發極化改變方向和克服雜質、晶界等缺陷對疇壁運動所產生的“摩擦阻力”。因此，對於結構完整的單晶，因介電損耗小而使電滯回線較窄；對於存在缺陷和應力複雜的多晶陶瓷體，則電滯回線較寬。 ^[2] 

電滯回線能夠比較直觀的反應最大極化強度、剩餘極化強度、矯頑電場等值的大小，並且能夠根據電滯回線積分計算得出該材料的儲能密度。 ^[2] 

測量電滯回線的方法很多，其中應用最廣泛的是 Sawyer-Tower方法，它是一種建立較早，已被大家廣泛接受的非線性器件的測量方法，仍然是用來判斷測試結果是否可靠的一個對比標準。圖3給出改進的 Sawyer-Tower方法的測試原理示意圖，它將待測器件與一個標準感應電容C_o串聯，測量待測樣品上的電壓降(V₂V₁)。其中標準電容C的電容量遠大於試樣C_x，因此加到示波器x偏向屏上的電壓和加在試樣C₂上的電壓非常接近;而加到示波管y偏向屏上的電壓則與試樣C₃兩端的電荷成正比。因此可以得到鐵電樣品表面電荷隨電壓的變化關係，分別除以電極面積和樣品厚度即可得到極化強度P與電場強度E之間的關係曲線。 ^[4]